Cómo aprovechar al máximo la tecnología de orificio pasante (THT) en el diseño de PCB de alta velocidad

En este momento, el diseño de PCB de alta velocidad se ha aplicado ampliamente en tantos campos como las telecomunicaciones, la computadora y el procesamiento de gráficos e imágenes, y todos los productos de valor agregado de alta tecnología están diseñados para un bajo consumo de energía, baja radiación electromagnética, alta confiabilidad, miniaturización y luz. peso. Para obtener esos objetivos, el diseño y la implementación de la tecnología de orificio pasante (THT) es de suma importancia en el diseño de PCB de alta velocidad.

Tecnología de orificio pasante

El orificio pasante es una de las partes esenciales para el diseño de PCB multicapa. Un orificio pasante está compuesto por tres partes:vía, almohadilla y área de aislamiento del plano de potencia, lo cual se puede demostrar en la siguiente imagen. El THT se obtiene recubriendo una capa de metal en la pared del orificio en una forma de depósito químico para que la lámina de cobre de cada capa interna o plano de una placa de circuito pueda conectarse entre sí. Se generan dos lados de orificios pasantes con la forma de una almohadilla ordinaria, los cuales se pueden conectar directamente con trazado en las capas superior e inferior y también se pueden mantener desconectados. Un orificio pasante desempeña un papel en la conexión eléctrica, la fijación y los componentes de posicionamiento.

En lo que se refiere a THT, los agujeros pasantes se clasifican generalmente en vías pasantes, vías ciegas y vías enterradas:
a. La vía de orificio pasante atraviesa todas las capas de una placa de circuito, aplicable para la interconexión interna o desempeña un papel como orificio de posicionamiento. Dado que las vías de orificio pasante son accesibles en tecnología de bajo costo, la mayoría de las PCB las aplican ampliamente.
b. La vía ciega se refiere al orificio responsable de la conexión entre las huellas superficiales y las huellas internas debajo con cierta profundidad. La relación entre la profundidad de la vía y el diámetro de la vía generalmente no excede un cierto valor.
c. La vía enterrada se refiere a la vía de conexión ubicada en capas internas, que no se puede ver desde la apariencia de una placa de circuito impreso porque no se expande a la superficie de la placa de circuito.

Tanto las vías ciegas como las vías enterradas se encuentran en capas internas de la placa de circuito y se generan antes de la laminación.

Capacidad parásita en THT

Los orificios pasantes cuentan con capacitancia parásita a tierra. El diámetro de la vía de aislamiento en el plano de tierra es D₂; el diámetro de la almohadilla del orificio pasante es D₁; el espesor de PCB es T; la constante dieléctrica del material del sustrato es ε. Entonces, la capacitancia parásita de los agujeros pasantes se puede calcular mediante la fórmula C=1.41εTD₁ /(D₂ -D₁ )

La principal influencia de la capacitancia parásita en el circuito es prolongar el tiempo de subida de las señales y reducir la velocidad de funcionamiento del circuito. Por lo tanto, cuanto menor sea la capacitancia parásita, mejor.

Inductancia parásita en THT

Los orificios pasantes también cuentan con inductancia parásita. En el proceso de diseño de circuitos digitales de alta velocidad, los riesgos resultantes de la inductancia parásita suelen ser mayores que los de la capacitancia parásita. La inductancia en serie parásita debilitará las funciones de la capacitancia de derivación y reducirá el efecto de filtrado de todo el sistema de energía. Cuando la inductancia de un orificio pasante se indica como L, la longitud del orificio pasante como h, el diámetro de vía como d, la inductancia parásita del orificio pasante se puede calcular de acuerdo con la fórmula L=5.08h[In(4h/d)+1]

Según esa fórmula, el diámetro del orificio pasante rara vez se asocia con la inductancia y el elemento que más afecta a la inductancia es la longitud del orificio pasante.

No THT (incluye vía ciega y vía enterrada)

Cuando se trata de no THT, las aplicaciones de vía ciega y vía enterrada son capaces de reducir drásticamente el tamaño y la calidad de la PCB, incluido el recuento de capas, mejorando la compatibilidad electromagnética (EMC) y minimizando los costos. Además, la tarea de diseño será mucho más fácil. En el diseño tradicional de PCB y el proceso de fabricación de PCB, los orificios pasantes generalmente presentan muchos problemas. En primer lugar, representan la mayor parte del espacio efectivo. En segundo lugar, la densidad demasiado alta de orificios pasantes plantea un desafío para el rastreo interno de una placa de circuito impreso.

En el diseño de PCB, aunque el tamaño de la almohadilla y los orificios pasantes se reducen constantemente, la relación de aspecto aumentará cuando el grosor de la placa disminuya de manera no proporcional y la confiabilidad se reducirá cuando aumente la relación de aspecto. Con la maduración de la tecnología de perforación por láser y la tecnología de grabado en seco con plasma, las vías pequeñas ciegas que no son THT y las vías enterradas se han convertido en otra posibilidad. Cuando el diámetro de esos orificios es de 0,3 mm, los parámetros parásitos serán una décima parte de los de las vías tradicionales con una mayor confiabilidad de PCB.

Si no se aplica THT, la cantidad de orificios pasantes grandes disminuirá en la placa de circuito impreso, por lo que se puede dejar más espacio para el rastreo. El espacio de descanso se puede utilizar como protección de área masiva para mejorar el rendimiento de EMI/RFI. Además, también se puede usar más espacio de descanso como blindaje parcial para componentes internos y cables de red clave para que puedan presentar un rendimiento eléctrico óptimo. La aplicación de vías que no son THT facilita la penetración de los pines de los componentes, de modo que el rastreo puede ser más fácil para los componentes de pines de alta densidad, como los componentes BGA (arreglo de rejilla de bolas).

Diseño THT en PCB ordinarias

La capacitancia parásita y la inductancia parásita rara vez tienen influencia en los orificios pasantes durante la fase ordinaria de diseño de PCB. En lo que respecta al diseño de PCB de 1 a 4 capas, se pueden seleccionar orificios pasantes con un diámetro de 0,36 mm, 0,61 mm o 1,02 mm, respectivamente, para la vía, la almohadilla y el área de aislamiento en el plano de tierra. Algunas trazas de señal con requisitos especiales pueden depender de orificios pasantes con diámetros de 0,41 mm, 0,81 mm y 1,32 mm.

Diseño THT en PCB de alta velocidad

De acuerdo con las propiedades parásitas de THT mencionadas anteriormente, podemos ver que THT que parece simple tiende a generar un gran efecto negativo en el diseño de circuitos en el diseño de PCB de alta velocidad. Para reducir el mal efecto derivado del efecto parasitario de la THT, se brindan los siguientes consejos como referencia:
a. Se debe recoger el tamaño THT adecuado. Cuando se trata del diseño de PCB con múltiples capas y densidad normal, THT debe seleccionarse con parámetros de orificio pasante de 0,25 mm, 0,51 mm y 0,91 mm respectivamente para vías, almohadilla y área de aislamiento. Los PCB de alta densidad también pueden seleccionar orificios pasantes con parámetros de 0,20 mm, 0,46 mm y 0,86 mm para vías, almohadilla y área de aislamiento. No THT también es selectivo. Para orificios pasantes relacionados con la alimentación o la tierra, se pueden seleccionar orificios pasantes de gran tamaño para reducir la impedancia.
b. Cuanto mayor sea el área de aislamiento en el plano de potencia, mejor. En lo que respecta a la densidad de agujeros pasantes, el valor de D₁ suele ser la suma de D₂ y 0,41 mm.
c. Es óptimo disponer las trazas de señal no a través de capas, es decir, se debe minimizar el número de orificios pasantes.
d. El PCB más delgado se aprovecha para ser beneficioso para la reducción de parámetros parásitos.
e. Los orificios pasantes deben colocarse lo más cerca posible de los pines de alimentación y tierra, y el cable entre el THT y los pines debe ser lo más corto posible porque conducirán a una mejora de la inductancia. Además, los cables de alimentación y tierra pueden ser lo más gruesos posible para reducir la impedancia.

Por supuesto, los problemas específicos deben analizarse específicamente durante la fase de diseño de PCB. Otros dos aspectos nunca se pueden evitar:el costo y la calidad de la señal. Se deben tomar consideraciones equilibradas durante el diseño de PCB de alta velocidad para capturar una calidad de señal óptima con un costo aceptable.

También puede interesarle:
• Cómo diseñar vías ciegas/enterradas en circuitos digitales de alta velocidad
• ¿Se deben quitar o mantener las almohadillas que no funcionan en las vías de PCB de alta velocidad?
• Investigación sobre el diseño de PCB de alta velocidad en el sistema de aplicación integrado
• Cómo diseñar planos de imagen para PCB de alta velocidad
• Servicio completo de fabricación de PCB de PCBCart
• Servicio avanzado de ensamblaje de PCB llave en mano de PCBCart